Вибрационный микротитратор Советский патент 1992 года по МПК G01N1/10 G05D27/00 

Изобретение относится к автоматизации химических и биологических исследований и может быть использовано, для автоматизации процесса титрирования биохимических веществ.

Известно устройство для отбора проб, содержащее приемник пробы, пробоотборный резервуар, установленный на плече, соединенном с подъемной штангой, снабженной механизмом перемеи ения, и привод, в котором механизм перемещения штанги выполнен в виде червячной передачи и кривошипно-шатунного механизма с шарниром, закрепленным на червячном колесе, а штанга снабжена втулкой, выполненной с и-образным пазом.

Недостаток устройства заключается в невозможности осуществления точного титрирования из-за отсутствия микродозирующего устройства отбора проб.

Известен микротитратор, состоящий из блока восьми - двенадцати дозирующих головок, каждая из головок выполнена в виде спиральной пружины, установленной на конце держаделя, а сам блок - из злектрода двигателя с шестерней, которая сопряжена с шестернями, .установленными на головках, а головки установлены в направляющих втулках.

Недостаток устройства заключается в низкой скорости титрирования из-за низкочастотного принципа отбора раствора при помощи вращающихся головок микротитратора.

Целью изобретения является повышение скорости титрования.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем блок головок, выполненных в виде :;1илиндрических стержней, установленных в направляющих, закрепленныхна корпусе блока головок, верхняя часть стержней фрикционно сопряжена с стержневым пьезокерамическим преобразователем через упругие пластины, установленные в корпусе, а на нижних концах стержней соосно закреплены спиральные пружины, в устройство введены кольцевые пьезокерамические преобразователи, ультразвуковой и низкочастотный генераторы, ключевая схема, управляемый фазовращатель и два выходных усилителя мощности, Кольцевые пьезокерамические преобразователи жестко закреплены на нижних частях головок, а один из электродов кольцевых пьезокерамических преобразователей разделен радиально на четыре равные части, которые диагонально электрически соединены между собой попарно и с выходными усилителями мощности. Первый и второй выходы низкочастотного генератора соединены соответственно с первым входом управляемого фазовращателя и с первым управляющим входом ключевой схемы, выход которой соединен с входом первого выходного усилителя мощности и через управляемый фазовращатель - с входом второго выходного усилителя мощности, выход ультразвукового генератора соединен с вторым управляющим входом ключевой схемы.

Если в известных микротитраторах, в которых забор жидкости и ее перемешивание происходит при механическом вращении их головок для полного перемешивания проб, необходимо четырех- или пятикратная рецеркуляция, и необходимо время перемешивания в пределах 4-5 с.

В предлагаемом устройстве за счет перехода к более высокочастотному методу, т.е. ультразвуковому методу забора и перемешивания жидкостей, при помощи бегущих ультразвуковых деформаций стенок, заборной и перемешивающей спиральной пружины удалбсь существенно интенсифицировать указанные процессы, что существенно повышает скорость титрирования по сравнению с известными устройствами.

На фиг. 1 схематически изображен микротитратор, аксонометрия; на фиг. 2 - блоксхема его питания и управления; на фиг. 3 схема формирования одного цикла бегущих механических деформаций в спиральном прижиме титратора; на фиг. 4 - микротитратор, фрагмент.

Устройство содержит блок головок, выполненных в виде цилиндрических стержней 1, установленных в направляющих 2, закрепленных на корпусе 3,.причем верхняя часть стержней фрикционно сопряжена с стержневыми льёзокерамическими преобразователями 4 через упругие пластины 5, установленные в корпусе 3, а к нижним его концам соосно прикреплены спиральные пружины Б. Выше пружин 6 на стержнях 2 жестко закреплены кольцевые пьезокерамические преобразователи, один электрод 8 которых разделен радиально на четыре равные масти 9-12, которые диагонально попарно соединены между собой, а также соединены с двумя выходными усилителями 13 и 14 мощности, один вход которого соединен с выходом ключево(1 схемы 15 прямо, а другой - через управляемый фазовращатель 16. Вход ключевой схемы соединен с выходом генератора ультразвукового напряжения 17. Вход управления фазовращателя 16 и вход управления ключевой схемы 15 соединены с генератором 18 низкочастотного напряжения. Неразделенный электрод 19 преобразо1аателей 7 заземлен.

Устройство работает следующим образом.

При помощи стержневого пьезокерамического преобразователя 4, подключенного к ультразвуковому генератору (не показан), один или несколько цилиндрических стержней 1 опускается до входа пружины 6 в титрируемый раствор 20, находящийся в ячейках 21 планшета 22.

После захода пружины 6 в раствор 20 от генератора низкочастотного напряжения, например прямоугольной формы ТТЛ уровня, поступает сигнал на входы управления ключевой схемы 15, она срабатывает и сигнал напряжения ультразвуковой частоты ТТЛ уровня поступает на первый усилитель

13мощности прямо, а на второй усилитель

14- через управляемый фазовращатель 16, который при наличии низкого логического уровня сдвигает фазу напряжения на +90°. Таким образом на пары 9, 11 и 10,12 диагонально соединенных электродов подается двухфазное напряжение ультразвуковой « зстоты, под действием которой, как в кольцевом пьезокёрамическом преобразователе 7, так и в жестко с ним связанном цилиндрическом стержне возбуждаются волновые деформации типа бегущей волны, один цикл которых графически приведен на фиг. 3. Из приведенного цикла видно,что направление распространения фронта бегущей волны выбрано таким, чтобы оно способствовало затягиванию раствора в полость, образованную внутренними стенками спиральной пружины 6 по деформируемой винтовой поверхности. Объем захваченной жидкости 20 зависит от длительности действия ультразвукового напряжения и регулируется длительность низкочастотного импульса, вырабатываемого низкочастотным генератором. После отбора требуемого количества раствора 20 один или несколько цилиндрических стержней 1 при помощи пьезокерамических стержней 4 поднимаются в свое верхнее положение, после чего планшет 22 перемещается на требуемую величину по координатам X и Y при помощи предметного столика (не показан), и цилиндрические стержни 1 с некоторым количеством раствора опускаются в другие ячейки 21 планшета 22. Одновременно на вход управления фазовращателя 16 поступает высокий логический уровень фазопитающего напряжения .смещается относительно напряжения задающего генератора на -90°, направление распространения бегущих волновых деформаций меняет направление распространения на противоположное, захваченный раствор выталкивается и одновременно происходит его интенсивное перемещение в ячейках 21. Один цикл титрирования заканчивается. Следует также отметить, что если одна половина кольцевого пьезокераиического преобразователя 7, например ограниченная злектродами 9 и 10, поляризована в толщинном направлении сверху вниз, то другая половина, ограниченная злектродами 11 и 12, поляризована в

0 противоположном направлении, т,е. снизу вверх. Такая поляризация пьезокерамического преобразователя позволила возбудить бегущие механические деформации я кольце при помощи минимального количества фаз питания, т.е. двух.

Таким образом, возбуждение в ультразвуковых спиральных пружинах волновых деформаций типа бегущей волны позволяет не только ускорить дозированный перенос

0 малых порций раствора из одних ячеек планшета в другие, но и одновременно ускорить процесс перемешивания растворов, что существенно повышает скорость титрирования по сравнению с известным устройством, где применяется низкочастотный принцип (при помощи вращающихся головок) забора и перемешивания растворов.

Формула и 3 о бретения

0 Вибрационный микротитратор, содержащий блок головок, выполненных в виде цилиндрических стержней, установленных в направляющих, закрепленных на корпусе блока головок, верхняя часть стержней

5 фрикционно сопряжена со стержневым пьезокерамическим преобразователем через упругие пластины, установленные в корпусе, а на нижних концах стержней соосно закреплены спиральные пружины, о т л и0 чающийся тем, что, с целью повышения скорости титрования, в него введены кольцевые пьезокерамические преобразователи, ультразвуковой и низкочастотный генераторы, ключевая схема, управляемый

5 фазовращатель и два выходных усилителя мощности, причем кольцевые пьезокерамические преобразователи жестко закреплены на нижних частях головок, а один из злектродов кольцевых пьезокерамических

0 преобразователей разделен радиально на четыре равные части, которые диагонально электрически соединены между собой попарно и с выходными усилителями мрщно-; сти, первый и втор10й выходы низкочастотного генератора соединены соответственно с первым входом управляемого фазовращателя и с первым управляющим входом ключевой схемы, выход которой соединен с входом первого выходного усилителя мощности и через управляемый фазовращатель с входом второго выходного усилителя мощности, выход ультразвукового генератора Ifn incot

фигЗ (cjot + 90° U(Ln(cot до срие.2 соединен с вторым управляющим входом ключевой схемы. -у//////////////

Изобретение относится к автоматизации химических и биологических исследований и может быть использовано для автоматизации процесса титрования микроконических биохимических веществ. Целью изобретения является повышение скорости титрирования. Вибрационный микротитра- тор содержит блок головок, выполненных в виде цилиндрических стержней 1, установленных в направляющих 2, закрепленных на корпусе 3, причем верхняя часть стержней фрикционно сопряжена стержневыми пьезо- керамическими преобразователями 4 через упругие п'ластины 5, установленные в корпусе 3, а к нижним его концам соосно прикреплены спиральные пружины 6, выще которых на стержнях 1 жестко закреплены кольцевые пьезокерамические преобразователи 7. 4 ил.^оfe2127ю00ел>&Xфаг1